АЕРОБНИЙ ГЛІКОЛІЗ: ГЛІКОЛІТИЧНІ РЕАКЦІЇ ТА ПРОМІЖНІ ПРОДУКТИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Аеробного гліколізу або аеробні визначається як використання надлишку глюкози не обробляється окисного фосфорилювання з утворенням продуктів «ферментативних», навіть в умовах високих концентрацій кисню і , незважаючи на зниження ефективності використання енергії.

Він зазвичай зустрічається в тканинах з високою проліферацією, споживання глюкози та кисню високе. Прикладами цього є ракові пухлинні клітини, деякі клітини-паразити в крові ссавців і навіть клітини деяких ділянок мозку ссавців.

Гліколітичний шлях (Джерело:] через Wikimedia Commons)

Енергія, що виділяється катаболізмом глюкози, зберігається у вигляді АТФ і НАДГ, які використовуються вниз за течією в різних обмінних шляхах.

Під час аеробного гліколізу піруват спрямований у бік циклу Кребса та ланцюга транспорту електронів, але він також обробляється шляхом ферментації для регенерації НАД + без додаткового виробництва АТФ, що закінчується утворенням лактату.

Аеробний або анаеробний гліколіз відбувається насамперед у цитозолі, за винятком таких організмів, як трипаносоматиди, які мають спеціалізовані гліколітичні органели, відомі як глікосоми.

Гліколіз - один з найвідоміших метаболічних шляхів. Це було повністю сформульовано в 30-х роках Густавом Емден та Отто Мейєрхофом, які вивчали шлях у клітинах скелетних м’язів. Однак аеробний гліколіз відомий як ефект Варбурга з 1924 року.

Реакції

Аеробний катаболізм глюкози відбувається в десяти ферментативно каталізованих стадіях. Багато авторів вважають, що ці кроки поділяються на фазу інвестування в енергію, яка має на меті збільшити вміст вільної енергії у посередників, та інший на заміну та надходження енергії у вигляді АТФ.

Етап інвестування в енергію

1-Фосфорилювання глюкози до 6-фосфату глюкози, каталізується гексокіназою (HK). У цій реакції одна молекула АТФ інвертується для кожної молекули глюкози, яка виступає донором фосфатної групи. Він дає 6-фосфат глюкози (G6P) та АДФ, і реакція незворотна.

Фермент обов'язково вимагає утворення повноцінного Mg-ATP2- для його роботи, тому йому потрібні іони магнію.

2-Ізомеризація G6P до фруктози 6-фосфату (F6P). Він не передбачає витрат енергії і є оборотною реакцією, каталізованою фосфоглюкозо-ізомеразою (PGI).

3-Фосфорилювання F6P у 1,6-бісфосфаті фруктози, катализируемой фосфофруктокіназою-1 (PFK-1). Молекула АТФ використовується як донор фосфатної групи, а продуктами реакції є F1,6-BP та ADP. Завдяки значенню ∆G ця реакція незворотна (як і реакція 1).

4-каталітичний розпад F1,6-BP на дигідроксіацетонфосфат (DHAP), кетоз та 3-фосфат гліцеральдегіду (GAP), альдозу. Фермент альдолаза відповідає за цю оборотну конденсацію альдолу.

5-триосна фосфатна ізомераза (TIM) відповідає за взаємоперетворення триозного фосфату: DHAP і GAP, без додаткового введення енергії.

Фаза відновлення енергії

1-GAP окислюється 3-фосфатдегідрогеназою гліцеральдегіду (GAPDH), який каталізує перенесення фосфатної групи в GAP з утворенням 1,3-бісфосфогліцерату. У цій реакції дві молекули НАД + знижуються на одну молекулу глюкози, використовуються дві молекули неорганічного фосфату.

Кожен вироблений НАДГ проходить через електронно-транспортний ланцюг і 6 молекул АТФ синтезуються окислювальним фосфорилюванням.

2-фосфогліцерат кіназа (PGK) переносить фосфорильну групу з 1,3-бісфосфогліцерату в АДФ, утворюючи дві молекули АТФ і дві 3-фосфогліцерати (3PG). Цей процес відомий як фосфорилювання на рівні субстрату.

Дві молекули АТФ, спожиті в реакціях HK і PFK, замінюються PGK на цьому етапі шляху.

3-3PG перетворюється на 2PG фосфогліцератною мутазою (PGM), яка каталізує витіснення фосфорильної групи між вуглецем 3 і 2 гліцерату в дві оборотні стадії. Цим ферментом також потрібен іон магнію.

4-А реакція дегідратації, каталізована енолазою, перетворює 2PG у фосфоенолпіруват (PEP) у реакції, яка не потребує енергетичних вкладень, але генерує з'єднання з більшим енергетичним потенціалом для перенесення фосфатної групи пізніше.

5-нарешті, піруваткіназа (PYK) каталізує перенесення фосфорильної групи в PEP до молекули АДФ при супутньому виробництві пірувату. На молекулу глюкози використовуються дві молекули АДФ і утворюється 2 молекули АТФ. PYK використовує іони калію та магнію.

Таким чином, загальний вихід енергії гліколізу становить 2 молекули АТФ для кожної молекули глюкози, яка потрапляє на шлях. В аеробних умовах повна деградація глюкози передбачає отримання від 30 до 32 молекул АТФ.

Доля гліколітичних проміжних продуктів

Після гліколізу піруват піддається декарбоксилюванню, виробляючи СО2 та даруючи ацетильну групу ацетил-коензиму А, який також окислюється до СО2 у циклі Кребса.

Електрони, що виділяються під час цього окислення, транспортуються до кисню за допомогою мітохондріальної респіраторної ланцюгової реакції, що врешті-решт рухає синтез АТФ у цій органелі.

Під час аеробного гліколізу утворюється надлишок пірувату обробляється ферментом лактатдегідрогеназою, який утворює лактат і відновлює частину споживаної НАД + кроків в процесі гліколізу, але без утворення нових молекул АТФ.

Механізм лактатдегідрогенази (Джерело: Jazzlw через Wikimedia Commons)

Крім того, піруват може використовуватися в анаболічних процесах, які призводять, наприклад, до утворення амінокислоти аланіну, або він також може виконувати роль скелета для синтезу жирних кислот.

Як і піруват, кінцевий продукт гліколізу, багато реакційних проміжних продуктів виконують інші функції катаболічних або анаболічних шляхів, важливих для клітини.

Такий випадок 6-фосфату глюкози та пентозофосфатного шляху, де отримують проміжні рибози, наявні в нуклеїнових кислотах.

Список літератури

1. Акрам, М. (2013). Міні-огляд про гліколіз та рак. J. Canc. Навч., 28, 454–457.
2. Esen, E., & Long, F. (2014). Аеробний гліколіз в остеобластах. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Біогенез, утримання та динаміка глікосом у трипаносоматидних паразитів. Biochimica et Biophysica Acta - дослідження молекулярних клітин, 1863 (5), 1038–1048.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Аеробний гліколіз: поза поширенням. Межі в імунології, 6, 1–5.
5. Кавай, С., Мукай, Т., Морі, С., Мікамі, Б., і Мурата, К. (2005). Гіпотеза: структури, еволюція та предка глюкоз-кіназ у родині гексокіназ. Журнал біології та біоінженерії, 99 (4), 320–330.
6. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання).